Energia dla pokolenia Artemis: NASA i DOE współpracują nad rozwojem księżycowego reaktora jądrowego

W działaniu sygnalizującym zmianę paradygmatu w zakresie długoterminowego zasiedlenia Księżyca, NASA oraz Departament Energii USA (DOE) formalnie usankcjonowały partnerstwo mające na celu opracowanie jądrowych reaktorów rozszczepialnych do użytku na Księżycu. Współpraca ta, sfinalizowana poprzez protokół ustaleń (MOU) ogłoszony w połowie stycznia 2026 roku, ma na celu pokonanie najistotniejszej przeszkody stojącej przed programem Artemis: zapewnienie ciągłego zasilania o wysokiej mocy. W miarę jak agencja przechodzi od krótkoterminowych wypadów do stałej infrastruktury księżycowej, rozwój systemów jądrowego zasilania powierzchniowego (Fission Surface Power – FSP) stał się technologicznym kamieniem węgielnym dla przetrwania w surowym środowisku księżycowym i ostatecznego wysłania ludzkich odkrywców w stronę Marsa.

Wyzwanie energetyczne na powierzchni Księżyca

Środowisko księżycowe stawia unikalny zestaw wyzwań, którym tradycyjna energia słoneczna – podstawa eksploracji kosmosu od dziesięcioleci – nie jest w stanie w pełni sprostać. Pojedynczy dzień księżycowy trwa około 708 godzin, co obejmuje morderczy, 354-godzinny (14-dniowy) okres ciemności. Podczas nocy księżycowej temperatury spadają do blisko -173 stopni Celsjusza (-280 stopni Fahrenheita). Bez stałego źródła energii termicznej czuła elektronika i systemy podtrzymywania życia uległyby awarii, co w praktyce zakończyłoby każdą misję wymagającą trwałej obecności człowieka. Panele słoneczne, choć wydajne w ciągu dnia, wymagają masywnych i ciężkich systemów magazynowania energii w akumulatorach, aby przetrwać dwutygodniową przerwę w dostępie do światła, co czyni je logistycznie nieopłacalnymi w przypadku zastosowań przemysłowych o dużym zapotrzebowaniu na moc.

Rozszczepienie jądrowe zapewnia niezawodne rozwiązanie energetyczne o wysokiej gęstości, które działa niezależnie od światła słonecznego. Według raportu Jeffa Fousta dla SpaceNews, program FSP ma na celu stworzenie systemu zdolnego do generowania co najmniej 100 kilowatów energii – co wystarczy do jednoczesnego zasilania wielu siedlisk i zakładów ekstrakcji zasobów. W przeciwieństwie do paneli słonecznych, które musiałyby być ogromne, aby przechwycić wystarczającą ilość energii, reaktor jądrowy jest kompaktowy i może być umieszczony w regionach wiecznie zacienionych, takich jak południowy biegun Księżyca, gdzie prawdopodobnie uwięziony jest lód wodny. Ta stabilność jest kluczowa dla utrzymania zarządzania termicznego, zapobiegając katastrofalnemu „przemarzaniu” sprzętu podczas długiej nocy księżycowej.

Strategiczne partnerstwo NASA i DOE

Podział pracy w ramach tego porozumienia międzyagencyjnego wykorzystuje specyficzne atuty dwóch najbardziej zaawansowanych technicznie organizacji w Stanach Zjednoczonych. Zgodnie z protokołem MOU, podpisanym przez administratora NASA Jareda Isaacmana i sekretarza energii Chrisa Wrighta, NASA będzie pełniła rolę głównego fundatora i menedżera programu. Agencja jest odpowiedzialna za zdefiniowanie wymagań misji i dostarczenie niezbędnych danych w celu zapewnienia, że reaktory spełniają standardy bezpieczeństwa lotów kosmicznych. Z kolei DOE zapewni nadzór techniczny nad projektem reaktora i zgodność z przepisami. Co kluczowe, zadaniem DOE jest dostarczenie około 400 kilogramów nisko wzbogaconego uranu o wysokiej zawartości izotopu U-235 (HALEU), który posłuży jako paliwo zarówno dla jednostek testowych na Ziemi, jak i ostatecznego reaktora lotnego.

Ta współpraca nie jest bezprecedensowa; NASA i DOE współpracują od dziesięcioleci przy radioizotopowych generatorach termoelektrycznych (RTG) dla sond głębokiego kosmosu, takich jak Voyager i Perseverance. Jednak, jak zauważył w oświadczeniu sekretarz Wright, projekt ten reprezentuje „jedno z największych osiągnięć technicznych w historii energii jądrowej i eksploracji kosmosu”. Porozumienie usprawnia proces przekładania ziemskiej wiedzy jądrowej na sprzęt klasy kosmicznej, zapewniając, że program FSP pozostanie na dobrej drodze do planowanego terminu wystrzelenia pod koniec 2029 roku. To strategiczne dopasowanie jest warunkiem wstępnym dla szerszego celu programu Artemis, jakim jest ustanowienie „Złotej Ery” odkryć.

Technologia Fission Surface Power w szczegółach

System FSP wykorzystuje mały reaktor jądrowy do generowania ciepła, które jest następnie przekształcane w energię elektryczną przez system konwersji mocy, taki jak silnik Stirlinga lub turbina cyklu Braytona. W próżni powierzchni Księżyca zarządzanie ciepłem jest krytycznym wyzwaniem projektowym. Podczas gdy reaktor generuje ciepło do produkcji energii, musi również odprowadzać nadmiar ciepła odpadowego przez wyspecjalizowane radiatory. Obecne cele projektowe zakładają system klasy 100 kilowatów, który jest wystarczająco wytrzymały, aby można go było wystrzelić rakietą i posadzić na powierzchni Księżyca bez naruszania integralności jego osłon lub zbiorników paliwa.

Decyzja o wykorzystaniu paliwa HALEU jest znaczącym zwrotem w metodologii programu. Jak podkreślono w drugim projekcie ogłoszenia o propozycjach partnerskich (AFPP) opublikowanym w grudniu 2025 roku, NASA wyraźnie wymaga teraz stosowania HALEU, aby dostosować się do „trwających prac nad ziemskimi mikroreaktorami”. HALEU zawiera od 5% do 20% uranu-235, co zapewnia wyższą gęstość energii niż nisko wzbogacony uran stosowany w komercyjnych elektrowniach, pozostając jednocześnie poniżej poziomów wzbogacenia, które budzą obawy dotyczące proliferacji broni jądrowej. Wybór ten równoważy potrzebę wysokiej wydajności z globalnymi standardami bezpieczeństwa i krajowymi trendami przemysłowymi.

Logistyka i system lądowania ludzi

Jedna z najbardziej znaczących zmian w strategii NASA dotyczy logistyki dostaw. W poprzednich projektach zaproszeń do składania ofert oczekiwano, że partnerzy komercyjni sami zabezpieczą transport na Księżyc. Jednak zrewidowane AFPP wskazuje, że NASA zapewni teraz usługi startu i lądowania w ramach swojego programu Human Landing System (HLS). Oznacza to, że reaktor zostanie prawdopodobnie dostarczony na powierzchnię Księżyca przez pojazd o dużej nośności zarządzany przez SpaceX lub Blue Origin – głównych wykonawców misji lądowania Artemis.

Zmiana ta zdejmuje ciężar z deweloperów technologii jądrowych, pozwalając im skupić się wyłącznie na inżynierii reaktora, a nie na mechanice orbitalnej i lądowaniu na Księżycu. Oczekuje się, że propozycje przemysłowe przedstawią strategie bezpośredniej integracji projektów reaktorów z zespołami wykonawców HLS. To zintegrowane podejście gwarantuje, że reaktor, będący ciężkim i wrażliwym ładunkiem, będzie obsługiwany przez tę samą infrastrukturę, która dostarczy następną generację astronautów na południowy biegun Księżyca, redukując tym samym ryzyko misji i usprawniając harmonogram programu Artemis.

Wpływ na program Artemis i przyszłość

Wprowadzenie energii jądrowej na Księżycu nie jest jedynie kwestią wygody; to czynnik umożliwiający wykorzystanie zasobów in situ (ISRU). Aby pozostać na Księżycu w sposób zrównoważony, astronauci muszą ostatecznie „żyć z zasobów ziemi”, pozyskując tlen z księżycowego regolitu i wodę z lodu podpowierzchniowego. Te procesy chemicznej ekstrakcji są energochłonne i wymagają stałego źródła zasilania o wysokiej mocy, którego panele słoneczne nie są w stanie niezawodnie zapewnić na dużą skalę. Reaktor o mocy 100 kilowatów ułatwiłby przemysłowe przetwarzanie materiałów księżycowych, torując drogę do produkcji paliwa rakietowego i powietrza zdatnego do oddychania.

Co więcej, program FSP służy jako krytyczny poligon doświadczalny dla przyszłych misji załogowych na Marsa. Podróż na Czerwoną Planetę wiąże się z dłuższym czasem trwania i jeszcze bardziej ekstremalnymi ograniczeniami środowiskowymi, w tym burzami pyłowymi, które mogą zasłaniać słońce na całe miesiące. Technologia opracowana dla powierzchni Księżyca – kompaktowe, niezawodne i trwałe reaktory rozszczepialne – będzie bezpośrednio skalowalna na potrzeby misji marsjańskich. Opanowując energię jądrową na Księżycu, NASA buduje fundamenty energetyczne dla ekspansji ludzkości w głąb Układu Słonecznego.

Bezpieczeństwo, zrównoważony rozwój i obawy społeczne

Wprowadzenie materiałów jądrowych do eksploracji kosmosu wymaga rygorystycznych protokołów bezpieczeństwa i przestrzegania traktatów międzynarodowych. NASA i DOE podkreśliły, że reaktory nie zostaną aktywowane, dopóki nie dotrą do celu na powierzchni Księżyca, co gwarantuje, że podczas fazy startu lub tranzytu nie dojdzie do rozszczepienia jądrowego. Ta strategia „zimnego startu” znacznie ogranicza ryzyko skażenia radioaktywnego w przypadku awarii rakiety nośnej. Dodatkowo, zastosowanie paliwa HALEU zmniejsza ryzyko długoterminowych zagrożeń środowiskowych w porównaniu z alternatywami o wyższym stopniu wzbogacenia.

Zrównoważony rozwój i wycofanie z eksploatacji są również kluczowe dla długoterminowego planowania programu. Agencje opracowują procedury bezpiecznej utylizacji reaktorów po zakończeniu ich pracy, co prawdopodobnie będzie wiązało się z ich „pochówkiem” w stabilnych kraterach księżycowych lub wyznaczonych strefach izolacji. Kolejnym priorytetem jest ochrona radiologiczna dla księżycowych astronautów; projekty wykorzystują albo sam regolit księżycowy, albo zaawansowane materiały syntetyczne, aby stworzyć bufor między reaktorem a siedliskami ludzkimi. Środki te mają na celu zapewnienie, że kolonia księżycowa pozostanie bezpiecznym środowiskiem dla naukowców i odkrywców przez nadchodzące dziesięciolecia.

Co dalej z jądrowym zasilaniem powierzchniowym

Według stanu na koniec stycznia 2026 roku, branża oczekuje obecnie na ostateczną wersję ogłoszenia o propozycjach partnerskich (AFPP). Choć wystąpiły niewielkie opóźnienia w publikacji tego ostatecznego wezwania, NASA zapewniła potencjalnych partnerów komercyjnych, że po opublikowaniu dokumentu będą mieli 60-dniowe okno na złożenie propozycji. Informacje zwrotne z wcześniejszych projektów ukształtowały już bardziej kooperacyjne i solidne logistycznie ramy, kładąc nacisk na znaczenie paliwa HALEU oraz integracji z HLS.

Nadchodzące miesiące będą kluczowe, gdy sektor prywatny – od tradycyjnych gigantów lotniczych po wyspecjalizowane startupy jądrowe – przedstawi swoje wizje pierwszego księżycowego reaktora. Z docelową datą startu pod koniec 2029 roku, presja na przejście od modeli teoretycznych do gotowego sprzętu lotnego jest ogromna. To partnerstwo między NASA a DOE reprezentuje coś więcej niż tylko umowę techniczną; to zobowiązanie do budowy niezbędnej infrastruktury przyszłości, gwarantującej, że gdy zostanie wykonany kolejny wielki skok, światła nie zgasną.